(57)【要約】【課題】  電子部品の接合に用いた場合の接合部の抵抗値が低く、また、熱伝導率が高い導電性ペースト及びその製造方法を提供する。【解決手段】  高温高湿環境下に曝して粒子表面を酸化させた錫粉末又は錫基合金粉末で構成される導電性粉末とフラックスとを含有する。このように、粒子表面を積極的に酸化させた導電性粉末を含有したことによって、酸化前の導電性粉末の融点と酸化後の導電性粉末の融点間の温度で加熱した場合に、粉末粒子同士の表面が部分的に溶融接合する現象が起こり、これにより電気的導通が得られる。このように溶融接合によって電気的導通を確保することにより、接触により導通を確保する場合に比べて、接続部の抵抗値の低下及び熱伝導率の上昇といった効果が得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温高湿環境下に曝して粒子表面を酸化させた錫粉末又は錫基合金粉末で構成される導電性粉末とフラックスとを含有する導電性ペースト。
【請求項２】
エポキシ系樹脂を更に含有することを特徴とする請求項１記載の導電性ペースト。
【請求項３】
前記錫基合金粉末は、錫・亜鉛合金粉末であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の導電性ペースト。
【請求項４】
所定の温度で加熱された際に、前記導電性粉末の粒子同士が粒子表面で部分的に溶融接合する性質を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の導電性ペースト。
【請求項５】
前記所定の温度は、導電性粉末本来の融点と酸化後の導電性粉末の融点との間の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の導電性ペースト。
【請求項６】
前記錫基合金粉末が無鉛合金粉末であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の導電性ペースト。
【請求項７】
錫粉末又は錫基合金粉末で構成される導電性粉末を高温高湿環境下に曝して粒子表面を酸化させた後、その粒子表面が酸化された導電性粉末をフラックスに混練することを特徴とする導電性ペーストの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ペースト及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、導電性粒子として銀粉末又は銅粉末を含有した導電性ペーストがある（例えば特許文献１、特許文献２参照）。この種の導電性ペーストは、スクリーン印刷などにより基板上に塗布された後、加熱して使用されるのもので、内部電極の形成や電子部品の電気的な接合などに用いられている。
【特許文献１】特開平６−３３８２１５号公報
【特許文献２】特開平１１−７８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の銀粉末又は銅粉末を含有した導電性ペーストは、金属粒子同士が接触した状態を保つことで電気的な導通を図る構成となっており、使用時の加熱によって互いに溶融して粒子同士が一体化することで導通が得られる構成ではない。このため、この導電性ペーストを電子部品の接合に用いた場合、接合部の抵抗値が高い、又は熱伝導率が低いという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、電子部品の接合に用いた場合の接合部の抵抗値が低く、また、熱伝導率が高い導電性ペースト及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る導電性ペーストは、高温高湿環境下に曝して粒子表面を酸化させた錫粉末又は錫基合金粉末で構成される導電性粉末とフラックスとを含有するものである。これにより、導電性粉末の酸化前の融点と酸化後の融点間の温度で加熱することにより粉末粒子同士の表面を部分的に溶融接合させて電気的導通を得ることができる。このように溶融接合することにより、接触により導通を確保する場合に比べて、接続部の抵抗値の低下及び熱伝導率の上昇といった効果が得られる。
【０００６】
また、本発明に係る導電性ペーストは、エポキシ系樹脂を更に含有するものである。これにより、エポキシ系樹脂によって強固な接合が得られるため、信頼性の高い接合部を得ることが可能となる。
【０００７】
また、本発明に係る導電性ペーストは、錫基合金粉末が、錫・亜鉛合金粉末であるものである。このように錫基合金粉末として、錫・亜鉛合金粉末を用いることができる。
【０００８】
また、本発明に係る導電性ペーストは、所定の温度で加熱された際に、導電性粉末の粒子同士が粒子表面で部分的に溶融接合する性質を有するものである。
【０００９】
また、本発明に係る導電性ペーストは、上記所定の温度が、導電性粉末本来の融点と酸化後の導電性粉末の融点との間の範囲内の温度であるものである。
【００１０】
また、本発明に係る導電性ペーストは、錫基合金粉末が無鉛合金粉末であるものである。
【００１１】
本発明に係る導電性ペーストの製造方法は、錫粉末又は錫基合金粉末で構成される導電性粉末を高温高湿環境下に曝して粒子表面を酸化させた後、その粒子表面が酸化された導電性粉末をフラックスに混練するものである。このようにすることにより、粒子表面には、自然と作成される酸化膜よりも厚い酸化膜が形成される。従って、この導体ペーストを使用して接合を行った場合、その酸化膜が活性力の強いフラックスで除去されて正常面（酸化されていない面）が部分的に露出し、その正常面を使って接合を行うことで、導電性粉末全体を完全に溶融させて接合するのでなく、部分的に露出した正常面同士の溶融接合によって電気的導通が確保される。この場合、接触により導通を確保する場合に比べて、接続部の抵抗値の低下及び熱伝導率の上昇といった効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態に係る導電性ペーストについて説明する。
本実施の形態の導電性ペーストは、高温高湿環境下に曝して粒子表面を積極的に酸化させた錫粉末又は錫基合金粉末で構成される導電性粉末とフラックスとを含有するものである。フラックスには、以下に説明する理由から活性力の強いフラックスを適用することが好ましい。また、更にエポキシ系樹脂を含有するようにしてもよい。なお、フラックスを含むエポキシ系樹脂を含有するようにしてもよい。また、錫基合金としては、具体的には例えば錫・亜鉛合金が挙げられるが、これに限られたものではない。なお、本発明においては、鉛の人体への有害性から、錫基合金として無鉛合金を用いることとしている。
【００１３】
ところで、通常、導電性ペーストに含まれる導電性粉末の表面の酸化は、接合性が低下するなどの理由から好ましくないとされ、酸化防止を図ることが望まれている。これに対し、本発明者は、導電性粉末を高温高湿環境下に曝して粉末表面を積極的に酸化させ、自然と形成される酸化膜よりも厚い酸化膜を形成し、その酸化膜を活性力の強いフラックスで除去しながら正常面（酸化されていない面）を部分的に露出させ、その正常面を使って接合を行うことで、導電性粉末全体を完全に溶融させて接合するのでなく、部分的に露出した正常面を溶融させて粉末粒子同士を部分接合することでも電気的導通を確保できることが可能であることを見出した。
【００１４】
以下、ここでは、導電性粉末として錫・亜鉛合金粉末を用いた例で本実施の形態を説明するが、本発明はこの合金に限定されるものではない。
【００１５】
本例の導電性ペーストは、錫・亜鉛合金粉末として、粒子径φ５〜４０μｍでＺｎ８〜９ｗｔ％としたものを用いる。なお、錫・亜鉛合金粉末にＳｎ、Ｂｉを少量添加しても良い。そして、この錫・亜鉛合金粉末を、温度８５℃、湿度８５％に設定した高温蒸気発生装置内に収納して粒子表面を酸化させ、酸化錫・亜鉛合金粉末（以下、酸化合金粉末という）を形成する。そして、この酸化合金粉末とフラックスとを混練して導電性ペーストを製造する。ここで、酸化合金粉末は、積極的に酸化させたものであるから、自然と形成される酸化膜よりも厚い酸化膜が形成されており、接合の際にはその酸化膜を除去する都合上、フラックスには活性力の強いものを用いることが好ましい。上述の条件で製造された酸化合金粉末を次の図１に示す。
【００１６】
図１は、本実施の形態の導電性ペーストに含有される錫・亜鉛合金粉末を示す図で、（ａ）は酸化後の粒子表面を示している。なお、比較のため、（ｂ）に酸化前の表面を示す。
（ａ）に示す酸化合金粉末粒子１において、２は酸化錫、３は酸化亜鉛であり、酸化合金粉末粒子１の表面全体には酸化錫２及び酸化亜鉛３による酸化膜が形成された様子が示されている。（ｂ）に示す酸化前の合金粉末粒子１１において、１２は錫部分、１３は亜鉛部分を示している。
【００１７】
図２は、本実施の形態の導電性ペーストに用いられる錫・亜鉛合金の酸化合金粉末を、示差走査熱分析（ＤＳＣ）を行った結果を示す図である。ここでは、重量４．８７４７ｍｇの錫・亜鉛合金の酸化合金粉末を、昇温レート１０℃／ｍｉｎで５０℃〜３００℃まで昇温させている。なお、図３に、比較のため、酸化前の錫・亜鉛合金粉末を示差走査熱分析（ＤＳＣ）を行った結果を示す。
図２に見られるように、酸化合金粉末においては、２回の吸熱ピークが見られた。なお、吸熱ピークが現れる温度は融点を示しており、最初の吸熱ピークＡの温度１９５．９４℃は錫・亜鉛合金粉末における非酸化部分の融点、２回目の吸熱ピークＢの温度２２８℃は錫・亜鉛合金粉末粒子表面の酸化部分の融点を示している。このように、酸化合金粉末は２つの融点を有している。
【００１８】
一方、図３に示すように、酸化前の錫・亜鉛合金粉末の融点は１９６．５０℃であることから、本実施の形態の場合、合金粉末を酸化させることによって、酸化部分を含む酸化合金粉末全体を溶融させることのできる融点は元の合金融点１９７℃よりも高い２２８℃となり、３０℃以上上昇している。このため、酸化合金粉末を含有した導電性ペーストは先の２つの融点間の温度で加熱すると、フラックスの作用により酸化合金粉末粒子表面の酸化膜の一部が除去されて正常面（非酸化部分）が露出し、同様にして正常面（非酸化部分）が露出した他方の酸化合金粉末粒子と、その正常面同士で溶融接合する。すなわち、酸化合金粉末粒子の表面が部分的に溶融して接合する現象が起こり、これにより電気的導通が得られるようになっている。
【００１９】
ここで、酸化合金粉末粒子の表面が部分的に溶融すると説明したが、酸化合金粉末の表面に形成された酸化錫と酸化亜鉛のそれぞれによる酸化膜の厚みは一様ではない。このため、厚みが薄い部分が厚い部分より先にフラックスにより除去されてその部分が溶融して接合しているものと思われる。
【００２０】
図４は、本発明の導電性ペーストによる接合部分を示す図である。
図４において、２１Ａ，２１Ｂは酸化合金粉末粒子である。なお、２２は錫部分、２３は亜鉛部分を示している。また、３１は銅板を示している。図４に見られるように、酸化合金粉末粒子２１Ａと酸化合金粉末粒子２１Ｂの接合部分４１は、錫部分２２同士が溶融して一体化して接合が成されている。なお、ここで、酸化合金粉末粒子全体を溶融させる融点は２２８℃であることは先に説明した通りであるが、図４に示されているように、接合部分４１は錫同士が接合した部分であるため、接合部分４１の融点は錫の融点すなわち２３２℃となっていると思われる。すなわち、本例の導電性ペーストは、先の２つの融点間の温度で加熱して粒子表面部分を溶解して接合を行うことにより、その接合部分に関し、溶融させたときの温度よりも高い融点が得られ、耐熱性が向上しているものと予測される。なお、電子部品の耐熱性の面から、接合時の加熱温度は低い方が好ましいため、合金粉末の本来の融点（即ち図２の最初の吸熱ピークの温度約１９６℃）で熱処理することが好ましい。
【００２１】
このように本実施の形態によれば、錫粉末又は錫基合金粉末を積極的に酸化させた酸化粉末を含有するので、酸化前の融点と酸化後の融点間の温度で加熱することにより粉末粒子同士の表面を部分的に溶融接合させて電気的導通を得ることができる。この場合、上記従来の接触による導電に比べて接続部の抵抗値の低下及び熱伝導率の上昇といった効果が得られる。
【００２２】
また、粉末粒子同士の接合部分は錫で構成されており、錫の融点は溶融接合する際の加熱温度よりも高いため、接合部分は、酸化合金粉末が本来持つ耐熱性よりも優れた耐熱性を発揮する。
【００２３】
また、上記従来の銀粉末や銅粉末を含有する導電性ペーストと比較すると、銀や銅の融点は約２２０℃であるのに対し、本例の錫・亜鉛合金粉末の導電性ペーストの融点は約１９６℃であり、加熱時の温度を低く抑えることが可能となる。
【００２４】
また、導電性材料として錫粉末又は錫基合金粉末を用いるようにしたので、銀粉を用いたものに比べて低コストに製造することができる。
【００２５】
また、フラックスの代わりにフラックスを含むエポキシ系樹脂を用いても良いことは上述した通りであるが、この場合、エポキシ系樹脂によって強固な接合が得られるため、信頼性の高い接合部を得ることが可能となる。
【００２６】
本例の導電性ペーストは、例えば半導体素子とダイパッドのダイアタッチに用いるなど、ＩＣパッケージ内の内部接合などに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施の形態の導電性ペーストに含有される錫・亜鉛合金粉末を示す図。
【図２】図１の粉末を酸化した酸化合金粉末の示差走査熱分析の結果を示す図。
【図３】図１の酸化前の合金粉末の示差走査熱分析の結果を示す図。
【図４】一実施の形態の導電性ペーストによる接合部分を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１  酸化合金粉末粒子、２  酸化錫、３  酸化亜鉛、１１  合金粉末粒子、１２，２２  錫部分、１３，２３  亜鉛部分、２１Ａ  酸化合金粉末粒子、２１Ｂ  酸化合金粉末粒子、４１  接合部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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